同 的砸分布型，在不存在电子阻断层下，改变金属功函数的效果在表1中说明。将在表1中报道 的效率关于在吸收剂层中不具有Se并且背接触WF为5.0 eV的装置的计算效率标准化。
[0105] 表1金属功函数对不具有电子阻断层的装置的相对效率的影响
用于具有电子阻断层的光生伏打电池的实施例1-2模拟测试 为了模拟电子阻断层的效果，最后0.1微米的吸收剂层重新定义为阻断层，并且在该 0.1微米层中的VBO和Eg变化。表2显示对于具有和不具有电子阻断层，VBO偏移为0 eV和Eg 为1.6 eV的四种情况计算的相对效率。背接触功函数为来自Gloeckler等人的初始模型。基 线情况是对于具有3.6微米厚度的CdTe吸收剂层并且不具有拙L的装置。该装置为参比装 置，并且在表2中报道的相对效率为计算的装置效率与该参比装置的计算的效率的比率。为 了模拟加入阻断层，将吸收剂层厚度降低0.1微米，并在吸收剂层和背接触之间放置另外的 0.1微米电子阻断层。在不具有砸的CdTe吸收剂层上渗入该电子阻断层导致可W忽略的效 率改进。在具有恒定分布型X=O.4的吸收剂层中使用砸导致适度效率改进。使用电子阻断层 和Se组合物导致明显大于已经可W由单独的电荷阻断层或Se渗入增加改进而预期的益处。
[0106] 表2具有和不具有电子阻断层化化)的光生伏打装置的计算的相对效率
为了进一步探究本发明的性质，实施另外的模拟。为了模拟电子阻断层的效果，最后 0.1微米的吸收剂层重新定义为具有可变的电子亲和力化a)和带隙Eg的阻断层，二者均WeV 为单位测量。采用Gloeckler等人的方法，Ev_abs设定为5.4 eV。使用运些量，则吸收剂层和电 子阻断层之间的价带偏移(VBO)定义为： VBO=S.4eV-Ea-Eg 通过计算具有电子阻断层的装置(实施例1和2)与具有相同的接触功函数和Se分布型 不具有电子阻断层的装置(对比实施例1和2)的计算效率的比率，计算增强因子。
[0107] 表3显示可变的Se分布型的不同的VBO和Eg值和4.9 eV的WF的增强因子。对于恒定 的Se分布型和WF=5.4 eV，还收集类似的数据。
[010引 表3可变的Se分布型的不同的VBO和Eg值和4.9 eV的WF的增强因子_
表4汇总对于具有3.5微米的吸收剂层厚度的电池，导致增强因子大于I的VBO和Eg的下 限和上限。
[0109] 表4针对VBO和Eg的值所选的范围
在模拟中，通过将总吸收剂层厚度从3.5微米降低至2微米，模拟吸收剂厚度的效果。考 虑两种不同的Se浓度分布型:恒定分布型和顶帽分布型。对于恒定分布型，在装置的整个吸 收层中，假定Se浓度分布型，其中X=O.4。在顶帽分布型中，从装置的背面，X=O,直至从前界 面，约0.5微米，因此上升。从运一点，X=O.4,直至达到吸收剂层的前面。顶帽和恒定Se分布 型装置的总吸收剂层的厚度相同。通过计算具有电子阻断层的装置与具有相同的接触功函 数和Se分布型不具有电子阻断层，但是具有另外的0.1微米吸收剂层厚度的装置的计算效 率的比率，计算增强因子。对于考虑的金属接触功函数(4.9 eV和5.3 eV)和每一种分布型 (恒定和顶帽），计算对于不同的VBO和Eg值的约50-75个模拟。对于每一个模拟条件，计算因 电子阻断层所致的增强因子。
[0110] 表5汇总对于具有2微米的吸收剂层厚度的电池，导致增强因子大于1的VBO和Eg的 下限和上限。表4和巧[总VBO和Eg的下限和上限。由表4和45的数据，VBO的下限看起来为约-0.1 eV，其中优选的区域超过0 eV。，在一些情况下，来自模拟的VBO值的上限看起来超过 1.3eV"Eg的下边界看起来为约1.1 eV，Eg值没有上界限。然而，在实践中，Eg的上限受到具有 非常高的Eg值(即，Eg〉4 eV)的材料倾向于为低迁移率绝缘体的事实的限制。
[0111] 表5对于2微米厚吸收剂层的VBO和Eg值的所选的范围
采用与价带偏移的计算类似的方式，可经由W下计算传导带偏移(CBO) CBO=VBCHEg-EgJ剧娇暦 其中EgJSi婉Ji为与电子阻断层直接相邻的吸收剂层材料的能隙。在用于构建在表3和4 中报道的分析的模拟情况中，当为负值的计算的CBO值导致增强因子大于1时，仅存在两种 情况。当CBO均等于加寸，并且存在增强因子大于1，存在两种另外的情况。在所有运四种情况 下，增强因子在约1.02-约1.03范围内，并且所有四种情况为顶帽分布型与4.9 eV的金属接 触WF的组合。
[0112] 为了说明电子阻断层巧化)的益处，将不具有电子阻断层巧化)的参比结构的效率 与具有优化的电子阻断层的类似结构作比较。对于每一个运些优化的层的VBO和Eg的值在 表6中报道。其中在对于具有不同Eg值的电子阻断层得到相同结果的情况下，报道最低Eg值。 由该表，VBO的最小值为约0.1 eV，并且Eg的值在1.6 eV-2 eV之间的范围内。在所有情况 下，CBO的值为正。
[0113] 表6对于2微米厚和3.5微米厚吸收剂层，具有或不具有电子阻断层的VBO和Eg值 的所选的范围
图9显示在2.0微米厚度并且背接触WF为4.9 eV的吸收剂层中，对于恒定X=O.4 Se分布 型的VBO和Eg相对计算的增强因子的等值线图。
[0114]所附权利要求旨在按照所设想那样宽泛地要求保护本发明，本文呈现的实施例说 明从所有可能的实施方案的多种中选择的实施方案。因此，本申请人的意图是所附权利要 求不局限于用于说明本发明的特征而选择的实施例。在权利要求中使用的词语"包含"及其 语法变体在逻辑上也相对（subtend),并且包括变化和不同程度的短语，例如但不限于"基 本上由…组成"和"由…组成"。当需要时，提供范围；那些范围包括其间的所有子范围。预期 运些范围的变更自身会被本领域普通技术人员从业者想到，当还未奉献给公众时，那些变 更应尽可能解释为被所附权利要求所涵盖。还预期科学和技术的发展将使得由于语言的不 精确的原因而现在还未预期的等效物和替代物成为可能，而运些变更也应尽可能解释为被 所附权利要求所涵盖。
【主权项】
1. 一种光生伏打装置，所述装置包含： 层堆叠； 在所述层堆叠上布置的包含镉、碲和硒的吸收剂层;和 在所述吸收剂层上布置的半导体层，其中所述半导体层和所述吸收剂层之间的价带偏 移小于约1.3电子伏特，和所述半导体层的带隙在约1.2电子伏特-约3.5电子伏特的范围 内。2. 权利要求1的光生伏打装置，其中横过所述吸收剂层的厚度，硒的原子浓度基本上恒 定。3. 权利要求1的光生伏打装置，其中横过所述吸收剂层的厚度，硒的原子浓度变化。4. 权利要求1的光生伏打装置，其中横过所述吸收剂层的厚度，硒的原子浓度非线性变 化。5. 权利要求1的光生伏打装置，其中所述吸收剂层还包含硫、氧、铜、氯，或它们的组 合。6. 权利要求1的光生伏打装置，其中所述吸收剂层包含第一区域和第二区域，相对于所 述第二区域，所述第一区域紧邻所述层堆叠布置，和 其中在所述第一区域中硒的平均原子浓度大于在所述第二区域中硒的平均原子浓度。7. 权利要求1的光生伏打装置，其中所述吸收剂层包含第一区域和第二区域，相对于所 述第二区域，所述第一区域紧邻所述层堆叠布置，和 其中在所述第一区域中硒的平均原子浓度低于在所述第二区域中硒的平均原子浓度。8. 权利要求6的光生伏打装置，其中所述第二区域包含碲化镉。9. 权利要求1的光生伏打装置，其中所述半导体层包含CcUM^Te，其中〃 X"为0-1范围内 的数，Cd为镉，Te为碲，和Μ包含二价金属。10. 权利要求9的光生伏打装置，其中X为0。11. 权利要求9的光生伏打装置，其中Μ包含猛、镁、锌，或它们的组合。12. 权利要求1的光生伏打装置，其中所述半导体层包含碲化锌、碲化锰镉，或它们的组 合。13. 权利要求1的光生伏打装置，其中所述半导体层为ρ-掺杂的。14. 权利要求1的光生伏打装置，其中所述半导体层为基本上本征的（intrinsic)。15. 权利要求1的光生伏打装置，其中所述半导体层和所述吸收剂层之间的价带偏移在 约〇电子伏特-约〇. 45电子伏特的范围内。16. 权利要求1的光生伏打装置，其中所述半导体层的带隙在约1.6电子伏特-约2.7电 子伏特的范围内。17. 权利要求1的光生伏打装置，其中所述层堆叠包含： 在支持物上布置的透明的导电层;和 在所述透明的导电层和所述吸收剂层之间布置的缓冲层。18. 权利要求17的光生伏打装置，其中所述层堆叠还包含在所述缓冲层和所述吸收剂 层之间布置的夹层。19. 权利要求17的光生伏打装置，其中所述层堆叠还包含在所述缓冲层和所述吸收剂 层之间布置的窗口层。20. 权利要求19的光生伏打装置，其中所述窗口层包含硫化镉、氧合硫化镉、硫化锌、硫 化锌镉、硒化镉、硒化铟、硫化铟，或它们的组合。21. 权利要求1的光生伏打装置，其中所述装置基本上不含硫化镉层。22. 权利要求1的光生伏打装置，所述装置还包含在所述半导体层上布置的背接触层， 其中所述背接触层包含金属、铜-掺杂的元素碲、石墨，或它们的组合。23. -种光生伏打装置，所述装置包含： 层堆叠； 在所述层堆叠上布置的包含CdSezTei-z的吸收剂层，其中〃z〃为在约0-约1范围内的数； 和 与所述吸收剂层直接接触布置的半导体层，其中所述吸收剂层和所述半导体层之间的 价带偏移小于约1.3电子伏特，和所述半导体层的带隙在约1.6电子伏特-约2.7电子伏特的 范围内。24. -种光生伏打装置，所述装置包含： 层堆叠； 在所述层堆叠上布置的包含硒的吸收剂层，其中横过所述吸收剂层的厚度，硒的浓度 变化;和 与所述吸收剂层直接接触布置的半导体层，其中所述吸收剂层和所述半导体层之间的 价带偏移小于约0.45电子伏特，和所述半导体层的带隙在约1.6电子伏特-约2.7电子伏特 的范围内。
【专利摘要】本发明提出一种光生伏打装置。所述光生伏打装置包括层堆叠；和在所述层堆叠上布置的吸收剂层。所述吸收剂层包括镉、碲和硒。在所述吸收剂层上进一步布置半导体层，其中所述半导体层和所述吸收剂层之间的价带偏移小于约1.3电子伏特，和所述半导体层的带隙在约1.2电子伏特-约3.5电子伏特的范围内。
【IPC分类】H01L31/0352
【公开号】CN105556682
【申请号】CN201480046223
【发明人】A.R.杜加尔, J.J.香, W.H.休伯, A.F.哈尔弗森
【申请人】第一阳光公司
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2014年6月20日
【公告号】EP3011599A1, US20140373908, WO2014205326A1